HU220816B1

HU220816B1 - Rendszer földszimmetrikus vezetékrendszerrel, földaszimmetrikus vezetékrendszerrel, valamint a földaszimmetrikus vezetékrendszert a földszimmetrikus vezetékrendszerhez illesztő kapcsolási elrendezéssel

Info

Publication number: HU220816B1
Application number: HU9402783A
Authority: HU
Inventors: Holger Dey
Original assignee: Deutsche Aerospace Ag.
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 2002-05-28
Also published as: HU9402783D0; HUT71155A; DE59408431D1; EP0647021A1; DK0647021T3; EP0647021B1; DE4333253A1

Description

A leírás terjedelme 6 oldal (ezen belül l lap ábra)

HU 220 816 Β1

A találmány tárgya rendszer földszimmetrikus vezetékrendszerrel, földaszimmetrikus vezetékrendszerrel, valamint a földaszimmetrikus vezetékrendszert a földszimmetrikus vezetékrendszerhez illesztő kapcsolási elrendezéssel, amely az illesztést biztosító, mágneses csatolásban lévő tekercseket tartalmazó átvivőegységgel van ellátva. Az átvivőegység mágnesezhető maggal van ellátva, amelyen főtekercselés van elrendezve. A főtekercselés első és második tekercset képezve kéthuzalos vezetékből áll. A mágnesezhető magon segédtekercselés is el van rendezve, amely első és második segédtekercset képezve kéthuzalos vezetékből áll. A főtekercselés, valamint segédtekercselés a mágnesezhető magon térben elkülönítve van elrendezve.

Az elektronika és/vagy híradástechnika számos területén gyakran van arra szükség, hogy egy földaszimmetrikus vezetékrendszerről, például egy koaxiális vezetékről, egy földszimmetrikus vezetékrendszerre, például egy kéthuzalos vezetékre, váltsanak át. Ilyen jellegű átmenet megvalósításához átvivőegységekkel ellátott kapcsolási elrendezéseket ismertet például a Meinke/Gundlach: Taschenbuch dér Hochfrequenztechnik (A nagyfrekvenciás technika kézikönyve), 2. Auflage (2. kiadás), 1962, 382-391. o., valamint a Zinke/Brunswig: Lehrbuch dér Hochfrequenztechnik (A nagyfrekvenciás technika tankönyve), 4. Auflage (4. kiadás), 1990, 120-133. o.

Az 1. ábrán egy valóságos U feszültségforrás látható, amely sorba kapcsolt ideális U_o feszültségforrásból (belső ellenállás=0) és Ri belső ellenállásból (például 100 Ohmos ellenállás) áll. Az U feszültségforrásnál az egyik kimeneti kapocs M testre (föld) van kötve, azaz 0 V-os potenciálon van, úgyhogy földaszimmetrikus U feszültségforrás keletkezik, amelyre UE átvivőegység van csatlakoztatva. Az UE átvivőegység mágnesezhető (tekercs-) maggal van ellátva, amelyre két Spl, Sp2 tekercsként ábrázolt kéthuzalos vezeték van feltekerve, ahol az Spl, Sp2 tekercsek között villamos és mágneses csatolás van. Az Spl, Sp2 tekercseket az alábbiakban főtekercselésnek is nevezzük. A mindenkori tekercs kezdetét ponttal jelöltük. Egy ilyen jellegű UE átvivőegységet kéthuzalos differenciálátvivőnek is neveznek, amelynek kimenetére a földszimmetrikus Z vezetékrendszer, például kéthuzalos vezeték van csatlakoztatva. Ez AB lezáró ellenállással - amely például RÍ, R2, R3 ellenállásokat tartalmaz - a testhez képest szimmetrikusan le van zárva, ez azt jelenti, hogy RÍ =R2. Az R3 ellenállás egyik kapcsa az M testtel van összekötve.

Az átvivőegység mágnesező árama miatt ennél az elrendezésnél viszont I áram O-tól eltérő, azaz a szimmetria nincs biztosítva.

A 2. ábrán bemutatott kapcsolási elrendezés az

1. ábrán bemutatottól csupán abban különbözik, hogy az UE átvivőegység úgynevezett háromhuzalos átvivőegységként van kiképezve, amely a mágnesező áramot vezető járulékos Sp3 tekerccsel is el van látva. Egy ilyen elrendezés nagyfrekvenciák esetén különösen azzal a hátránnyal rendelkezik, hogy az UE átvivőegység illesztetlen elektromos lezárása esetén a lehetséges különböző többvezeték-módusok eltérő állóhullámaránya (SWR) miatt zavaró villamos aszimmetria keletkezik.

A találmány révén megoldandó feladat abban van, hogy földszimmetrikus vezetékrendszerrel, földaszimmetrikus vezetékrendszerrel, valamint a földaszimmetrikus vezetékrendszert a földszimmetrikus vezetékrendszerhez illesztő kapcsolási elrendezéssel ellátott rendszert hozzunk létre, amely tág frekvenciatartományban a földaszimmetrikus vezetékrendszer és a földszimmetrikus vezetékrendszer között kis veszteségű átmenetet biztosít, és a mely messzemenően érzéketlen az átvivőegység lehetséges illesztetlen lezárásával szemben.

A feladat megoldására olyan, földaszimmetrikus vezetékrendszerrel, földszimmetrikus vezetékrendszerrel, valamint a földaszimmetrikus vezetékrendszert a földszimmetrikus vezetékrendszerhez illesztő kapcsolási elrendezéssel ellátott rendszert hoztunk létre, amely az illesztést biztosító, mágneses csatolásban lévő tekercseket tartalmazó átvivőegységgel van ellátva, ahol az átvivőegység mágnesezhető maggal van ellátva, amelyen - a földaszimmetrikus vezetékrendszernek a földszimmetrikus vezetékrendszerhez való illesztését biztosító - főtekercselés van elrendezve, a főtekercselés első és második tekercset képezve kéthuzalos vezetékből áll, a mágnesezhető magon járulékosan segédtekercselés van elrendezve, amely első és második segédtekercset képezve kéthuzalos vezetékből áll, a főtekercselés, valamint segédtekercselés a mágnesezhető magon térben elkülönítve van elrendezve.

A találmány szerint mind a főtekercselés, mind a segédtekercselés összesodort kéthuzalos vezetékből áll és azonos menetszámmal van kiképezve és a segédtekercselés mindegyik segédtekercsénél az egyik tekercsvég a rendszerfölddel (test) és a másik tekercsvég a földszimmetrikus vezetékrendszernek egy-egy vezetékével van összekötve, és ahol a főtekercselés első tekercse mind a földaszimmetrikus vezetékrendszerre, mind a földszimmetrikus vezetékrendszerre csatlakoztatva van.

Előnyös, ha a mágnesezhető mag mágnesezhető gyűrűs magként van kiképezve.

Célszerű, ha a főtekercselés és segédtekercselés egymással szemben van a gyűrűs magon elrendezve.

Célszerű, ha a tekercsek legalább egyike λ/10-nél nagyobb villamos vezetékhosszal van kiképezve, ahol λ nagy permeabilitású ferromágneses magra tekercselt vezetéken történő jelátvitelre vonatkoztatott fiktív hullámhossz.

A földszimmetrikus vezetékrendszer lezárását is a vezetékrendszerhez tartozónak tekintjük. Előnyös, ha a földszimmetrikus vezetékrendszer lezáró ellenállást tartalmaz, amely elektromágneses hullámok kisugárzására szolgáló - előnyösen rövidhullám-tartományhoz való - antennaként van kiképezve. Előnyös még, ha a földszimmetrikus vezetékrendszer lezáró ellenállást tartalmaz, amely egy ellenütemű fokozat bemenete.

A találmány első előnye abban van, hogy egy impedancia-transzformáció az illesztésnél legfeljebb elhanyagolható villamos aszimmetriát (a testhez képest) idéz elő a földszimmetrikus vezetékrendszerben.

HU 220 816 Bl

A találmány második előnye, hogy a földszimmetrikus vezetékrendszerben nagy hullámellenállás választható, úgyhogy különösen antennatáplálás esetén csak kis villamosveszteségek keletkeznek.

A találmány harmadik előnye pedig, hogy a kapcsolási elrendezés alacsony, közös módusú (aszimmetrikus) belső impedanciával jellemezhető, úgyhogy a földszimmetrikus vezetékrendszerben kiváló szimmetria valósul meg, abban az esetben is, ha ez a testhez képest aszimmetrikusan van terhelve.

A találmányt az alábbiakban további előnyök ismertetésével előnyös kiviteli példa kapcsán a mellékelt rajzra való hivatkozással részletesebben is ismertetjük, ahol a rajzon az

1. és 2. ábrán a fentiekben már leírt ismert kapcsolási rajzok, a

3. ábrán a találmány szerinti kapcsolási elrendezés, és a

4. ábrán a találmány szerinti kapcsolási elrendezés átvivőegységéhez tartozó mágneses magja a rajta elrendezett főtekercseléssel és segédtekercseléssel látható.

A 3. ábrán vázlatosan ismertetett kapcsolási elrendezés az 1. és 2. ábrán bemutatottaktól csupán az UE átvivőegység kialakításában különbözik. Az UE átvivőegység a fentiekben említett, Spl, Sp2 tekercsekkel ellátott HPW főtekercselésen kívül HSP1 és HSP2 segédtekercsekkel ellátott HIW segédtekercseléssel van ellátva, amire az alábbiakban még részletesebben is kitérünk.

A 3. ábra szerinti kiviteli alak esetén az U feszültségfonás 1000:1-ig terjedő állóhullámarányhoz és 2-20 MHz közötti frekvenciatartományhoz való antennaillesztő készülékként van kialakítva. Az U feszültségforrásnak a földaszimmetrikus kimenete közvetlenül az UE átvivőegységhez csatlakozik. Az UE átvivőegység mágnesezhető G maggal van ellátva, amely előnyösen gyűrűs G magként (4. ábra) van kiképezve és a megadott frekvenciatartományhoz való ferritanyagból áll. A gyűrűs G mag hozzávetőlegesen 36 mm-es külső átmérővel és hozzávetőlegesen 23 mm-es belső átmérővel, valamint hozzávetőlegesen 28 mm-es magassággal van kiképezve, és például körgyűrű alakú keresztmetszettel van ellátva. A gyűrűs G magra a HPW főtekercselés van föltekercselve. A HPW főtekercselés például összesodort kéthuzalos vezeték tizenöt menetéből áll. Ez azt jelenti, hogy az Spl, Sp2 tekercsek 15-15 menetből állnak, tehát mindenkor azonos menetszámmal rendelkeznek. A HPW főtekercselés térbeli kompakt tekercselésként van kiképezve. A HPW főtekercselés a gyűrűs G mag külső kerületének legfeljebb π/2 részét veszi igénybe. A kéthuzalos vezeték villamosán szigetelt huzalokból áll, amelyek a megadott frekvenciatartományhoz alkalmazhatók. A HPW főtekercselés, ahogy az 1. ábrán is látható, úgy van kiképezve, hogy a földaszimmetrikus vezetékrendszernek a földszimmetrikus Z vezetékrendszerhez való illesztését lehetővé teszi. Az első Spl tekercsnek a 3. ábrán ponttal jelölt tekercskezdete az U feszültségforrás kimenetére van csatlakoztatva. A második Sp2 tekercs tekercskezdete testre (földre) van kötve. Az Spl, Sp2 tekercsek tekercsvégei a földszimmetrikus Z vezetékrendszerre van csatlakoztatva, amely AB lezáró ellenállással van lezárva.

A gyűrűs G magon továbbá HIW segédtekercselés van elrendezve, amely a HPW főtekercselésnek megfelelően van felépítve. így tehát a HIW segédtekercselés szintén összesodort, azonos huzalanyagból álló, kéthuzalos vezeték tizenöt menetéből áll. Ebben az esetben a HIW segédtekercselést HSP1, HSP2 segédtekercsek képezik. Különösen lényeges, hogy a HIW segédtekercselés a gyűrűs G magra a HPW főtekercseléstől térben különválasztva van feltekerve. Ennek érdekében a HIW segédtekercselés a gyűrűs G magnak a HPW főtekercseléssel szemben lévő részén van elrendezve (4. ábra). A HIW segédtekercselés a kerületi tartománynak szintén hozzávetőleg π/2 részét fogja át. A HIW segédtekercselésnél az első HSP1 segédtekercs tekercskezdete az első Spl tekercs tekercsvégével van összekapcsolva. Az első HSP1 segédtekercs tekercsvége testre van kötve. A második HSP2 segédtekercs tekercskezdete szintén testre van kötve, míg a hozzátartozó tekercsvég a második Sp2 tekercs tekercsvégével van összekapcsolva. A HIW segédtekercs segítségével elérhető, hogy egy tág frekvenciatartományban, például 2 MHz és 20 MHz közötti frekvenciatartományban, az UE átvivőegységben mindenkor mágnesező áram van jelen, éspedig oly módon, hogy az R3 ellenállástól az M test felé folyó áram mindenkor elhanyagolható, az R1=R2, R3 ellenállások változó ellenállásértéke esetén is. Ez például akkor említésre méltó, ha az AB lezáró ellenállás antennaként, például a rövidhullámtartományban (2 MHz-20 MHz) működő sugárzó antennaként van kiképezve. Egy ilyen jellegű antenna egy helyettesítő kapcsolási rajzzal ábrázolható, és az AB lezáró-ellenállásnak (RÍ, R2, R3 ellenállások) felel meg.

Ilyen jellegű UE átvivőegységeknél olyan tekercsek alkalmazhatók, amelyeknek villamos vezetékhossza előnyösen λ/10-nél nagyobb, ahol λ, az átviendő villamos jel hullámhossza, amely a nagy permeabilitású ferromágneses M magra tekercselt vezetéken történő jelátvitelre vonatkoztatott fiktív hullámhossz.

Az UE átvivőegységben meglévő alacsony, közös módusú (aszimmetrikus), belső impedancia miatt a földszimmetrikus Z vezetékrendszerben egy elhanyagolható, legfeljebb 0,2 dB-nek megfelelő aszimmetria lép fel. Ezen értékek előnyös módon erősen aszimmetrikus terhelés esetén is fennmaradnak. Ez azt jelenti, hogy abban az esetben is, ha az AB lezáró ellenállás annyira megváltozik, hogy például 100 Ohm-os hullámellenállás vonatkozásában 1000:1 állóhullámarány keletkezik.

A találmány nem korlátozódik a leírt példára, hanem értelemszerűen további példákra is kiterjed. így például a földaszimmetrikus vezetékrendszer és a földszimmetrikus vezetékrendszer között 1:1 aránytól eltérő impedanciaillesztés is lehetséges.

A fentiekben ismertetett kapcsolási elrendezés ellenütemű fokozat vezérlésére is alkalmas, amely előnyösen teljesítményfokozatként van kiképezve.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Rendszer földszimmetrikus vezetékrendszerrel, földaszimmetrikus vezetékrendszerrel, valamint a földaszimmetrikus vezetékrendszert a földszimmetrikus vezetékrendszerhez illesztő kapcsolási elrendezéssel, amely az illesztést biztosító, mágneses csatolásban lévő tekercseket tartalmazó átvivőegységgel (UE) van ellátva,

- ahol az átvivőegység (UE) mágnesezhető maggal (G) van ellátva, amelyen - a földaszimmetrikus vezetékrendszernek a földszimmetrikus vezetékrendszerhez (Z) való illesztését biztosító - főtekercselés (HPW) van elrendezve,

- a főtekercselés (HPW) első és második tekercset (Spl, Sp2) képezve kéthuzalos vezetékből áll,

- a mágnesezhető magon (G) járulékosan segédtekercselés (HIW) van elrendezve, amely első és második segédtekercset (HSP1, HSP2) képezve kéthuzalos vezetékből áll,

- a főtekercselés (HPW), valamint segédtekercselés (HIW) a mágnesezhető magon (G) térben elkülönítve van elrendezve, azzal jellemezve, hogy

- mind a főtekercselés (HPW), mind a segédtekercselés (HIW) összesodort kéthuzalos vezetékből áll és azonos menetszámmal van kiképezve és a segédtekercselés (HIW) mindegyik segédtekercsénél (HSP1, HSP2) az egyik tekercsvég a rendszerfölddel (test) és a másik tekercsvég a földszimmetrikus vezetékrendszernek (Z) egy-egy vezetékével van összekötve, és ahol a főtekercselés (HPW) első tekercse (Spl) mind a földaszimmetrikus vezetékrendszerre, mind a földszimmetrikus vezetékrendszerre csatlakoztatva van.
2. Az 1. igénypont szerinti rendszer, azzal jellemezve, hogy a mágnesezhető mag (G) mágnesezhető gyűrűs magként van kiképezve.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti rendszer, azzal jellemezve, hogy a főtekercselés (HPW) és segédtekercselés (HIW) egymással szemben van a gyűrűs magon (G) elrendezve.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti rendszer, azzal jellemezve, hogy a tekercsek (Spl, Sp2) legalább egyike λ/10-nél nagyobb villamos vezetékhosszal van kiképezve.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti rendszer, azzal jellemezve, hogy a földszimmetrikus vezetékrendszer (Z) lezáró ellenállást (AB) tartalmaz, amely elektromágneses hullámok kisugárzására szolgáló antennaként van kiképezve.
6. Az 5. igénypont szerinti rendszer, azzal jellemezve, hogy az antenna rövidhullám-tartományhoz való sugárzó antenna.
7. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti rendszer, azzal jellemezve, hogy a földszimmetrikus vezetékrendszer (Z) lezáró ellenállást tartalmaz, amely egy ellenütemű fokozat bemenete.